Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

5665

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
13.11.2022
Размер:
2.86 Mб
Скачать

Задание 24. Если генеральная совокупность имеет нормальное распределение, то вероятность того, что выборочное среднее будет меньше генеральной средней, равна …

Варианты ответов: 1) 0; 2) 1; 3) 0,5; 4) 0,3.

Решение.

 

Пусть

X ~ N a,

2 ,

тогда

известно, что

xв a

~ N 0, 1 . Поэто-

 

 

му P xв a

P

 

xв a

0 0,5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 25. Неизвестная случайная величина X имеет функцию распределения

 

 

 

 

 

0

при

x

0,

 

 

 

 

 

 

F x

x

при 0

x

1,

 

 

 

 

 

 

 

1

при

x

1.

 

 

Тогда оценка параметра , полученная методом моментов, равна …

Варианты ответов: 1)

xв ; 2)

 

 

xв

; 3)

xв

; 4)

1

xв

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

xв

1 xв

 

1

xв

Решение. Для того чтобы найти математическое ожидание случайной величины,

вычислим плотность распределения f x

 

F

x

:

 

 

 

 

 

 

0

 

при

 

x

0,

 

 

f

x

x

1

при

0

 

x

1,

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

при

 

x

1.

 

 

 

1

 

 

 

x

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда M X

xf x dx

x

x 1dx

 

 

 

 

 

 

. Из равенства теоретического

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

момента (математического ожидания) и выборочного момента (выборочного средне-

го) получим оценку параметра

:

 

 

 

 

 

 

 

 

xв

xв

xв

 

ˆ

 

xв

.

 

 

 

 

xв

1

 

 

 

1

 

Задание 26. Неизвестная случайная величина X имеет функцию распределения:

 

 

F x

0

при

x

0,

 

 

 

 

 

1 e x2

при

x

0.

 

 

 

Тогда оценка параметра , полученная методом максимального правдоподобия, имеет вид …

Варианты ответов: 1)

xв ; 2)

1

 

; 3)

 

 

 

1

 

 

; 4)

1

 

n

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

xв

1

n

2

 

n i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Найдём плотность распределения случайной величины X :

f x

F

x

 

 

 

0

 

 

при

 

x

 

0,

 

 

 

 

 

 

2

xe

x2

 

при

 

x

 

0.

 

 

 

 

Составим функцию правдоподобия L

f

x1

f

x2

 

... f xn

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

x2

L 2 x e

x12 2

 

x

e

x22

... 2

x

e

xn2

 

 

2n

n

 

x

i

e i 1 i .

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценку параметра найдем из условия максимума логарифма функции правдо-

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

подобия l ln L n ln 2 n ln

 

x

i

x 2

. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

dl

n

n

 

 

ˆ

 

1

 

 

 

 

2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

xi

0

1

n

 

 

 

i 1

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 27. Ежедневная заработная плата в отрасли является случайной величиной, распределённой по нормальному закону со средним 13,2 дол. и среднеквадратическим отклонением 2,5 дол. В каком интервале должна быть средняя заработная плата рабочих в компании, имеющей 25 рабочих, чтобы при уровне значимости 0,05 компанию не обвинили в заниженной или завышенной заработной плате?

Варианты ответов: 1) 12,22; 14,18 ; 2) 11,2; 15,2 ; 3) 12, 14,; 4) 11,22; 15,18 .

Решение. Пусть X – ежедневная заработная плата рабочего. Справедливо утверждение, что средняя заработная плата в компании также имеет нормальное распреде-

ление:

xв ~ N 13,2; 2,5 / 5 . Тогда

xв

13,2

 

~ N 0; 1

, и для уровня значимости 0,05 имеем

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xв

13,2

 

1,96

13,2 0,98

 

xв

13,2 0,98

 

 

xв 12,22; 14,18 .

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 28. Пусть случайная величина принимает значения -1, 0, 1 с вероятностя-

ми

1

 

,

1

,

1

 

соответственно. Тогда точечная оценка величины , полученная ме-

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тодом наименьших квадратов, равна …

 

 

 

 

 

 

 

Варианты ответов: 1) xв ; 2)

 

1

xв

; 3)

 

2

xв ; 4)

 

3

xв .

 

2

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Так как параметр один, то рассмотрим уравнение, связывающее первые начальные моменты случайной величины X – теоретический и выборочный. Выборочным моментом будет выборочное среднее xв , а теоретическим – математическое

ожидание:

M X

1

1

 

0

1

 

1

1

 

 

1

1

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

3

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем уравнение

2

x

 

, откуда ˆ

 

 

3

x

 

.

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

в

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 29. Дана выборка пары случайных величин

X ,Y :

 

 

 

 

 

1, 2 ,

 

0,3 , 1,5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда линейное уравнение регрессии, коэффициенты которого вычислены мето-

дом наименьших квадратов, имеет вид …

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты ответов: 1) yx 1 x ; 2) yx

10

 

3

x ; 3) yx

1

 

3

x ; 4) yx

3 x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

3

2

 

 

 

 

 

Решение. Линейное уравнение регрессии

 

имеет

вид:

y a bx .

Идея метода

наименьших квадратов состоит в минимизации суммы квадратов отклонений теоре-

тических значений y xi

от фактических yi :

 

3

2 min .

L

a bxi yi

 

i 1

 

 

 

22

Это в данном случае равносильно равенству нулю частных производных функции L :

L

3

 

 

 

3

3

2 a bxi

yi

0,

3 a

xi b

yi ,

 

 

a

 

i 1

 

 

 

 

или

 

 

i 1

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

3

3

 

 

2

a bx y

 

x

 

0.

 

x

 

a

x2

x

y

.

 

i

i

 

i

 

 

b

 

i

 

 

 

 

 

i

i

i

 

 

i 1

 

 

 

 

 

i 1

 

 

i 1

i 1

 

 

Решая систему линейных уравнений методом Крамера, получим:

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yi

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

xi2

 

3

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi yi

 

 

 

 

 

yi

 

xi2

 

 

xi

 

 

 

 

xi yi

 

 

 

a

 

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

 

i 1

i 1

i 1

 

 

 

 

 

i 1

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

x 2

 

 

 

x

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

i

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

yi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

xi yi

 

3

 

xi yi

xi

 

 

 

 

 

yi

 

 

 

b

 

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

i

1

 

 

i 1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

x 2

 

 

x

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

1

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

Из условия задачи получаем:

 

 

 

xi

0,

yi

10,

 

 

xi2

2,

xi yi 3 . Далее, под-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

1

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

i

1

 

 

i 1

 

ставляя это в формулы для коэффициентов, имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

10 2 0

 

10

, b

 

3 3 0

 

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2

0

 

 

 

3

 

 

3 2

0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Задание 30. Дана выборка пары случайных величин

 

X ,Y :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1, 2 , 0,3 ,

1,5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда оценка ковариации случайных величин X и Y равна …

 

Варианты ответов: 1) 1; 2) 0; 3) -1; 4) 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Ковариация cov X ,Y

 

случайных величин X

 

и Y

определяется равен-

ством cov X ,Y M X

 

 

M X

Y

M Y

M X Y

 

 

 

M X

M Y .

 

Заменяя математические ожидания их оценками (выборочными средними), полу-

чим выражение для оценки ковариации: cov X ,Y

 

x

y

 

xв yв . Так как

 

 

 

1 2 0 3 1 5

 

1 0 1

 

2

 

3

5

10

 

 

 

 

x y

1, xв

0, yв

 

, то cov X ,Y 1 0 1.

 

 

3

3

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль 1. Случайные события

Пример 1. Бросается игральная кость. Найти вероятности следующих событий:

1)А – выпадет пять очков;

2)В – выпадет нечётное число очков;

3)С – выпадет чётное число очков.

Решение. Обратимся к классическому определению вероятности P события,

согласно которому

 

 

 

P

m

,

(1.1)

n

 

 

 

где n – общее число элементарных исходов эксперимента, а m – число исходов, благоприятных рассматриваемому событию. В данном эксперименте (брошена игральная кость) n 6 (на кости 6 граней). Исходы, что кость упадёт на какое-нибудь ребро или какую-нибудь вершину, отбрасываются как невозможные. Итак, множеством элементарных исходов опыта является конечное множество 1, 2, 3, 4, 5, 6 . Цифра означает возможное число выпавших очков. Все благоприятные исходы какого-нибудь события А будут подмножествами выписанного множества.

В случае события А благоприятным ему исходом является исход 5 ,

то есть m

1.

Следовательно, P A

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Множеством благоприятных исходов событию В будет множество 1, 3, 5,

, а собы-

тию

С

– множество

2, 4, 6 .

В

каждой

ситуации m 3 . Тогда

P B

 

3

 

1

,

6

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P C

 

3

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы: 1) P A

1

; 2) P B

1

 

; 3) P C

1

.

 

 

 

 

 

 

6

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Бросаются две игральные кости. Найти вероятности того, что сумма выпавших очков:

1)равна десяти,

2)не менее десяти,

3)делится без остатка на три.

Решение. В этом эксперименте (бросаются две игральные кости) элементарными исходами являются возможные пары граней (пары цифр, которые означают число выпавших очков на соответствующих гранях). Из основной теоремы комбинаторики получаем, что n 6 6 36 . Благоприятные исходы к рассматриваемым событиям данного примера будут среди этих 36 элементов. При подсчёте элементарных исходов легко допустить ошибку. Например, студенты говорят, что множеством благоприятных исходов событию А (сумма очков равна 10) будет множество

4,6; 5,5 , что не верно.

Чтобы не допустить ошибку, выпишем все элементарные исходы в виде таблицы (первая цифра которой означает число выпавших очков на первой кости, а вторая – на другой):

24

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

4,1

4,2

4,3

4,4

4,5

4,6

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

6,1

6.2

6,3

6,4

6,5

6,6

Из этой таблицы видно, что множеством благоприятных исходов первому рассматриваемому событию будет множество 4,6; 5,5; 6,4 , то есть m A 3 , и тогда по

формуле (1.1) имеем P A

3

 

1

.

36

12

 

 

Множество 4,6; 5,5; 6,4; 5,6; 6,5; 6,6 является множеством благоприятствующих исходов событию В: сумма выпавших очков будет не менее 10, то есть равна 10 или

больше 10. Тогда m B

6 и по (1.1) P B

6

 

1

.

36

6

 

 

 

Исходы множества

1,2; 1,5; 2,1; 2,4; 3,3; 3,6; 4,2; 4,5; 5,1; 5,4; 6,3; 6,6 и только они будут

благоприятны событию С: сумма выпавших очков делится на 3 без остатка. Тогда

m С 12 и P C

12

 

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

3

 

 

 

 

 

 

 

Ответы: 1)

P A

1

; 2)

P B

1

; 3)

P C

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

6

 

 

3

Пример 3. Акционерное собрание выбирает из 30 человек президента компании, председателя совета директоров и 5 членов совета директоров. Сколькими способами это можно сделать?

Решение. Найдём число способов выбора, используя основную теорему комбинаторики, согласно которой число различных наборов пар объектов будет ровно m n , где m – число объектов типа А, а n – число объектов типа В. Выбрать президента и председателя совета директоров можно 3029 87 способами, так как выбор происходит без повторений и с учётом порядка. Из оставшихся 28 человек можно выбрать

5 в совет директоров

C 5

28!

 

28

27

26

25

24

98280

способами, так как выбор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

5! 23!

 

2

3

4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

происходит без повторений и учёта порядка. Поэтому искомое число способов выбора, согласно основной теореме, комбинаторики будет 87 98280 8550360.

Ответ: 8550360 способов.

Пример 4. В очереди стоят 4 женщины и три мужчины. Найти вероятность того, что все женщины стоят рядом.

Решение. В эксперименте (размещение 7 человек в очереди) имеется ровно 7! различных равновозможных исходов, так как производится выборка 7 человек из 7 возможных без повторений и с учётом порядка. Применим классическую схему определения вероятности (с n 7!). Для подсчёта числа благоприятствующих исходов событию А (все женщины находятся рядом) выясним, что возможны всего 4 схемы расположения в очереди: (ж, ж, ж, ж, м, м, м), (м, ж, ж, ж, ж, м, м), (м, м, ж, ж, ж, ж, м), (м, м, м, ж, ж, ж, ж). В каждой такой схеме при учёте порядка мы можем переставлять между собой женщин 4! способами и мужчин – 3! способами. Число благоприятству-

25

ющих исходов, согласно основной теореме комбинаторики, будет равно 4 4!3!. Тогда,

применяя формулу (1.1), получим P A

4 4! 3!

4

.

 

 

 

 

 

 

7!

 

35

Ответ: P

4

.

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. 4 клиента обращаются в 3 фирмы равновероятно. Найти вероятность, что во все фирмы будут обращения.

Решение. Так как любой из четырёх клиентов может обратиться в любую из трёх фирм, то можно применить для определения вероятности события А (во все фирмы будут обращения) классическую схему (1.1). В данном случае, так как выбор фирм

для обращения клиентами будет производиться с повторениями, то n

34 81. Чтобы

подсчитать

благоприятствующие для А исходы отметим, что

имеется ровно

A3

4!

24

способов размещения обращений четырёх клиентов в три фирмы и 3 схе-

 

 

4

1!

 

 

 

 

 

 

 

мы обращения клиентов в фирмы: (2, 1, 1), (1, 2, 1) и (1, 1, 2). Так как неважно, в ка-

ком порядке обратятся 2 клиента в одну фирму, то

m

3

24

36

. Поэтому (по форму-

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ле (1.1)) имеем: P A

36

 

4

.

 

 

 

 

 

81

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: P A

4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Из 10 студентов группы, изучающих французский язык, 6 имеют оценку «отлично». Для проверки знаний отобрали четырёх студентов этой группы. Найти вероятность того, что в выборке окажется три студента, имеющих оценку «отлично» по французскому языку.

Решение. Для решения задачи составим схему:

N

10

s

6

 

N

s

4

 

k

4

 

r

3

 

k

r

1

 

В этой схеме применены следующие обозначения:

N – число элементов всей со-

вокупности; s

число элементов данного качества (свойства), имеющихся во всей

совокупности;

k

– число элементов случайной выборки без возвращения в совокуп-

ность; r – число элементов данного качества, попавших в выборку объёма k . Согласно условию задачи, в таблице расставлены соответствующие значения N, s, k, r , а также значения чисел N s и k r .

Пусть событие А – это r элементов, попавших в выборку объёма k , имеют данное качество. Тогда из классического определения вероятности события вытекает формула

 

 

 

r

k

r

 

 

P A

 

Cs

CN

s

,

(1.2)

 

 

 

CNk

 

 

 

 

 

 

 

 

где символом CMl

обозначается число сочетаний из

M элементов по l

элементов. В

формуле (1.2) n

C Nk есть общее число элементарных исходов, а m

Csr CN s k r

 

 

26

 

 

 

 

число исходов, благоприятных событию А (для его вычисления применена основная теорема комбинаторики).

В данном примере событие А состоит в том, что три студента выборки имеют оценку «отлично» по французскому языку. Тогда по (1.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

C 3

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P A

6

4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

Так как C 4

 

10 9 8 7

210 , C 3

6 5 4

20 , C 1

4 , то P A

80

 

8

.

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

1 2

3 4

6

1 2 3

 

 

4

 

 

210

21

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: P

8

 

0,38 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7.

В датчике случайных чисел содержатся все числа из отрезка 0, 100 .

Найти вероятность того, что наугад извлечённое число будет из отрезка

10, 50 .

Решение. Применим геометрическое определение вероятности события. Пусть всем возможным результатам эксперимента соответствуют точки области , а данному собы-

тию А – точки области D, которая является частью области

D

. Тогда

P A

mesD

,

 

(1.3)

mes

 

 

 

 

 

где mesG – мера множества G (соответственно в одномерном, двумерном, трёхмерном пространствах – это длина, площадь, объём этой области).

В данном примере событие А состоит в том, что выбранное случайно число при-

надлежит отрезку 10, 50 ;

область

– это отрезок 0, 100 , а область D – отрезок

10, 50 . Так как mes 100

0 100,

mesD 50

10 40 (мерами являются длины со-

ответствующих отрезков), то, согласно (1.3), имеем P A

40

0,4 .

 

 

100

 

 

 

 

 

Ответ: 0,4.

 

 

 

 

 

 

Пример 8. Имеются два круга радиусов r

10 и r

5 с общим центром. В боль-

шой круг наугад бросается точка. Найти вероятности следующих событий:

1)А – точка попадёт в круг меньшего радиуса;

2)В – точка попадёт в кольцо между окружностями этих радиусов.

Решение. В данном случае необходимо использовать геометрическую схему опре-

деления вероятности, то есть формулу (1.3). В качестве области

имеем круг боль-

шего радиуса. Тогда mes

Sr 10

10 2 100 (мерой круга является его площадь

Sr 2 ).

Вслучае события А областью D является круг меньшего радиуса. Тогда

mesD Sr 5

52 25 . Применив формулу (1.3), получим P A

 

25

 

0,25 .

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае события В областью D будет кольцо. Тогда

 

 

 

 

 

mesD Sr 10

Sr 5 100 25 75 .

 

 

 

 

По формуле (1.3) получим P B

75

 

0,75 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратим внимание, что событие В противоположно событию А. Тогда

 

 

 

P B

1 P A ,

 

 

 

 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

так как сумма вероятностей противоположных событий равна единице. Так как число

P A было уже найдено, то P B

1 0,25 0,75 . Для вероятности события В получен

тот же ответ.

 

Ответы: 1) P A 0,25 ; 2) P B

0,75 .

Пример 9. Два теплохода должны подойти к одному причалу. Время прихода обоих теплоходов независимо и равновозможно в течение восьми часов с 8.00 до 16.00. Найти вероятность того, что ни одному из теплоходов не придётся ожидать освобождения причала, если время стоянки первого теплохода – 1 час, а второго – 2 часа.

Решение. Обозначим через x – время прихода первого теплохода, а через y – время прихода второго теплохода. Для того чтобы теплоходы не ожидали освобождения причала, необходимо либо x y 2 , либо y x 1.

Используем геометрическую схему определения вероятности события А (формулу (1.3)). Изобразим x и y как координаты на плоскости, в качестве единицы масштаба выберем 1 час. Всевозможные исходы представляются точками квадрата со стороной 8, а благоприятствующие событию А располагаются в заштрихованной области (рисунок 4).

y

8

1

0

2

8

x

Рисунок 4 – Рисунок примера 9

 

Искомая вероятность равна отношению площади заштрихованной фигуры (два равнобедренных прямоугольных треугольника с катетами, равными 6 и 7 соответственно) к площади квадрата:

 

 

1

6

2

1

7

2

 

 

 

 

 

 

P A

 

2

 

2

 

 

36

49

 

85

.

 

 

 

 

 

 

 

82

 

 

128

 

128

Ответ: P A 12885 .

Пример 10. Первый стрелок поражает мишень в 80 % случаев, а второй – в 60 %. Стрелки сделали по одному выстрелу в мишень. Найти вероятности событий:

1)B0 – оба стрелка промахнутся;

2)B1 – попадёт только один какой-нибудь стрелок;

3)B2 – попадут оба;

4)B – попадёт в мишень хотя бы один из них.

Решение. Решение подобных задач связано с применением понятий алгебры событий, теорем сложения и умножения вероятностей. При этом необходимо знать такие понятия, как зависимые, независимые, совместные и несовместные события.

28

Введём вспомогательные события: 1) A1 – первый стрелок попадёт в мишень, 2) A2 – второй стрелок попадёт в мишень. По условию имеем: P A1 0,8; P A2 0,6 (на основе обследования стрелков применено статистическое определение вероятно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сти случайного события). Введём также противоположные события: A1

– первый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стрелок не попадёт (промахнётся), A2

 

второй промахнётся. Тогда

P A1 0,2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P A2 0,4 (сумма вероятностей противоположных событий равна единице).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно событийное равенство B0

A1

A2 . Тогда,

ввиду независимости событий,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2 0,4 0,08 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P B0

P A1 A2

 

P A1

P A2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Событие B1

можно представить как B1

A1 A2

A1 A2 . При этом очевидно, что собы-

 

 

 

 

 

 

 

тия A1 A2 и A1 A2 не совместны. Применив теорему сложения несовместных событий и

учитывая независимость событий, стоящих в произведениях, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2 0,6 0,44 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P B1

P A1

P A2

P A1

P A2

0,8 0,4

 

 

 

 

 

 

Так как B2

A1

A2 , то по теореме умножения вероятностей независимых событий

получим, что P B2

0,8 0,6 0,48 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратим внимание на то, что события B0 , B1 ,

B2 образуют полную группу событий.

Известно, что сумма вероятностей событий, образующих полную группу, равна еди-

нице. Очевидно, что для B0 , B1 , B2

 

это свойство выполняется:

 

 

 

 

 

P B0

P B1

 

P B2

0,08

0,44

 

0,48

1.

 

 

 

Вероятность четвёртого события B можно найти различными способами, исполь-

зуя алгебру событий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Во-первых, из определения суммы событий вытекает равенство B

A1

A2 . Так

как A1 и A2 совместны,

то можно применить теорему сложения вероятностей сов-

местных событий, то есть равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P A1

A2

P A1

P A2

P A1 A2 .

 

 

 

Тогда P B

0,8 0,6

0,8

0,6

0,92 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Во-вторых, очевидно равенство

B

B1

B2 , и по аксиоме сложения вероятностей

несовместных событий B1 , B2

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P B

P B1

P B2

0,44

0,48 0,92 .

 

 

 

В-третьих, ясно, что B противоположно B0 . Тогда P B

1 P B0

1

0,08

0,92 .

Все три способа вероятности события B привели к одному и тому же результату.

Ответы: 1) P B0

0,08 ; 2) P B1

0,44 ; 3)

P B2

0,48 ; 4) P B

0,92 .

 

 

Пример 11. Пусть при испытаниях могут иметь место события

A и B , при этом

известно, что P A

0,7 ;

P B

0,5 ;

 

P AB

0,3 . Найти условные вероятности события

B при условиях, что событие A произошло или не произошло.

 

 

 

Решение.

Так как P A

P B

 

 

 

0,7

0,5

1,2

1,

 

то события A

и B

совместны.

Справедливы равенства

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

P A , откуда найдём услов-

P B

P AB

P AB

 

P A

1

ные вероятности события B по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

B

 

P AB

 

 

0,3

 

3

,

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

P A

 

0,7

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

B

P AB

 

P B

P AB

0,5

0,3

0,2

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

P A

1

P A

1

0,7

0,3

3

 

 

 

 

 

Ответы: 1) PA B 73 ; 2) PA B 23 .

Пример 12. Студент выучил 40 вопросов из 50, имеющихся в списке экзаменационных вопросов. В каждый билет преподаватель внёс случайно два вопроса из списка. Найти вероятность того, что студент знает оба вопроса своего билета.

Решение. Пусть A – студент знает первый вопрос своего билета, а B – знает второй вопрос. Тогда AB означает, что он знает оба вопроса. Так как A и B – зависимые события, то по теореме умножения имеем

 

 

P AB P A P B

40

39

 

156

.

 

 

 

 

 

 

 

A

50

49

245

 

 

 

Ответ:

156

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

245

 

 

 

 

 

 

Пример 13. В урне имеются 10 шаров, из которых 6 белые, а остальные – чёрные. Из неё подряд извлекают 3 шара, не возвращая их обратно. Найти вероятность собы-

тия A – все три шара являются чёрными.

 

 

Решение.

Для

нахождения

вероятности P A можно

применить

классическое

определение

вероятности и

формулу (1.2). Так как

N 10 , s

4 , k 3, то

P A

C43 C60

 

4 1

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C 3

120

30

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Другой способ состоит в применении теоремы умножения вероятностей зависимых событий, то есть формулы

P A1 A2 A3

P A1

PA

A2

PA A A3 .

(1.4)

 

 

1

 

1

2

 

Для этого введём обозначения событий:

A1

– первый взятый шар является чёрным,

A2 – второй взятый шар чёрный, A3

– третий взятый шар чёрный. Так как шары не

возвращаются, то эти события зависимы, и при этом, согласно определению произве-

дения

 

событий,

справедливо равенство A A1 A2 A3 . Тогда из (1.4) имеем, что

P A

 

4

 

3

 

2

 

1

.

 

10

9

8

 

30

 

 

 

 

Ответ: P A

 

1

.

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 14. Найти надёжность системы, состоящей из двух последовательно соединённых элементов, работающих независимо друг от друга, при указанной на ри-

сунке 5 надёжности каждого элемента Ai i

1, 2 этой системы.

 

 

A1

 

 

A2

 

 

 

 

0,9

 

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Схема соединения системы

Решение. Надёжностью элемента (системы) называют вероятность безотказной работы в течение определённого времени этого элемента (системы).

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]